PENGARUH PENAMBAHAN POLYVINYL ALCOHOL (PVA) TERHADAP KARAKTERISTIK KERAMIK Ni-CSZ UNTUK DIAPLIKASIKAN SEBAGAI ANODE PADA SOFC.

(1)

Eka Herliyani, 2012

Pengaruh Penambahan Polyvinyl Alcohol (Pva) Terhadap Karakteristik Keramik Ni-Csz Untuk Diaplikasikan Sebagai Anode Pada Sofc

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... iii

UCAPAN TERIMAKASIH ... iv

DAFTAR ISI ... vi

DAFTAR GAMBAR ... ix

DAFTAR TABEL ... x

DAFTAR LAMPIRAN ... xi

RIWAYAT HIDUP ... xii

BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang ...1

I.2. Rumusan Masalah...3

I.3. Batasan Masalah ...4

I.4. Tujuan ...5

I.5. Manfaat Penelitian ...5

I.6. Metode Penelitian ...5

I.7. Waktu dan Tempat Penelitian ...5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Sel bahan Bakar (Fuel Cell) ...6

2.2. Keramik...15

(2)

Eka Herliyani, 2012

Pengaruh Penambahan Polyvinyl Alcohol (Pva) Terhadap Karakteristik Keramik Ni-Csz Untuk Diaplikasikan Sebagai Anode Pada Sofc

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Metode Penelitian ...19

3.2. Lokasi Penelitian ...19

3.3. Waktu Penelitian ...19

3.4. Alat dan Bahan ...20

3.4.1. Peralatan yang Digunakan ...20

3.4.2. Bahan-bahan yang digunakan ...21

3.5. Prosedur Pembuatan Pelet Keramik Ni-CSZ ...22

3.5.1 Pembuatan pelet keramik CSZ ...23

3.5.2 Proses Pembuatan Ni-CSZ ...24

3.5.3 Kompaksi ...25

3.5.4 Pengukuran densitas sebelum dan sesudah reduksi ...24

3.5.5 Proses Sintering ...25

3.5.5 Proses Reduksi ...28

3.6 Karakteristik dari keramik Ni-CSZ dengan Penambahan PVA ...29

3.6.1 Struktur Kristal ...29

3.6.2 Struktur Mikro ...30

3.6.3 Sifat Listrik ...32

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1. Pengaruh PVA terhadap Densitas Keramik ...33

4.2. Pengaruh PVA terhadap Struktur Kristal ...34

4.2. Pengaruh PVA terhadap Struktur Mikro...34

(3)

Eka Herliyani, 2012

Pengaruh Penambahan Polyvinyl Alcohol (Pva) Terhadap Karakteristik Keramik Ni-Csz Untuk Diaplikasikan Sebagai Anode Pada Sofc

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan ...42

5.2. Saran ...42

DAFTAR PUSTAKA ...43

LAMPIRAN A ...45

LAMPIRAN B ...46

LAMPIRAN C ...48

LAMPIRAN D ...51

LAMPIRAN E ...55

(4)

Eka Herliyani, 2012

Pengaruh Penambahan Polyvinyl Alcohol (Pva) Terhadap Karakteristik Keramik Ni-Csz Untuk Diaplikasikan Sebagai Anode Pada Sofc

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Energi merupakan salah satu kebutuhan hidup yang harus terpenuhi demi kelangsungan hidup manusia. Saat ini kebutuhan energi sudah sangat besar seiring dengan peningkatan jumlah penduduk terutama energi listrik. Jadi, dalam bidang energi sudah saatnya kita mengusahakan untuk memproduksi sumber energi alternatif untuk mengantisipasi ketersediaan energi di masa yang akan datang. Sumber energi tersebut harus memenuhi parameter keberhasilan suatu sumber energi alternatif yaitu: dapat diperbarui (renewable energy), ramah lingkungan, dan biaya yang murah. Salah satunya dengan memanfaatkan sel bahan bakar (Fuel cell). Fuel cell merupakan konverter dari energi kimia ke energi listrik yang ramah lingkungan. Fuel cell dirancang untuk dapat diisi reaktannya yang terkonsumsi dimana fuel cell memproduksi listrik dan penyediaan bahan bakar hidrogen dan oksigen dari luar. Reaktan yang biasanya digunakan dalam sebuah sel bahan bakar adalah hidrogen di sisi anoda dan oksigen di sisi katoda. Reaktan mengalir masuk dan produk dari reaktan mengalir keluar. Sehingga operasi jangka panjang dapat terus menerus dilakukan selama disuplai oleh bahan bakar (hidrogen) dan oksigen.

(5)

Eka Herliyani, 2012

Pengaruh Penambahan Polyvinyl Alcohol (Pva) Terhadap Karakteristik Keramik Ni-Csz Untuk Diaplikasikan Sebagai Anode Pada Sofc

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

Fuel cell ini di klasifikasikan sebagai pembangkit tenaga karena sel bahan bakar ini dapat beroperasi secara terus menerus atau selama ada persediaan bahan bakar (fuel) dan oksidan. Fuel cell diklasifikasikan dalam beberapa jenis tergantung dari jenis bahan bakar yang digunakan, yaitu Alkaline Fuel Cell (AFC), Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC), Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC), Proton Exchange Membrane (PEM), Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) (Eileen, 2003). Fuel cell memiliki karakteristik umum yaitu sangat efisien (>85%), modular (dapat ditempatkan dimana diperlukan), ramah lingkungan (tidak berisik, emisinya rendah), panas yang terbuang dapat di simpan ( Sri Handayani, 2008).

SOFC dianggap menarik karena memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan fuel cell jenis lain. SOFC merupakan fuel cell dengan temperatur tertinggi pada saat ini yaitu sekitar 600oC - 1000oC dan juga memiliki tingkat efesiensi yang paling tinggi yaitu sekitar 60%. SOFC berkembang sejak tahun 1950 dan memiliki dua bentuk yaitu planar dan tubular. Keuntungan dari fuel cell jenis ini yaitu dapat menggunakan bahan bakar lain selain hidrogen. Sama seperti jenis fuel cell yang lain, SOFC juga memiliki tiga bagian penting yaitu elektrolit, katode, dan anode (Eileen , 2003).

Dalam penelitian ini dilakukan pembuatan anode dari keramik Ni-CSZ dengan penambahan konsetrasi berat polyvinyl alcohol (PVA). CSZ dipilih karena memiliki kekosongan oksigen dalam jumlah besar sehingga sesuai untuk membuat sel bahan bakar padatan (SOFC). Bahan tersebut merupakan insulator listrik dan konduktor ionik. Anode harus memiliki pori yang sangat tinggi untuk

(6)

Eka Herliyani, 2012

Pengaruh Penambahan Polyvinyl Alcohol (Pva) Terhadap Karakteristik Keramik Ni-Csz Untuk Diaplikasikan Sebagai Anode Pada Sofc

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

memungkinkan bahan bakar mengalir ke elektrolit (G.Matula, T.Jardiel, R.Jimenez, A.Varez, 2008). Dalam penelitian ini konsentrasi berat PVA akan divariasikan untuk diketahui pengaruhnya terhadap karakteristik keramik Ni-CSZ yang akan diaplikasikan sebagai anode dalam SOFC.

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah yang telah diuraikan di atas, maka permasalahan penelitian dirumuskan sebagai berikut: ”Bagaimanakah pengaruh penambahan konsentrasi berat PVA terhadap karakteristik keramik Ni-CSZ sebagai anode pada SOFC”.

Rumusan masalah di atas, dapat diuraikan dengan pertanyaan-pertanyaan penelitian sebagai berikut:

1. Bagaimanakah pengaruh penambahan PVA dengan konsentrasi berat sebesar 2%, 6%, dan 10% terhadap densitas keramik Ni-CSZ?

2. Bagaimanakah pengaruh penambahan PVA dengan konsentrasi berat sebesar 2%, 6%, dan 10% terhadap struktur kristal keramik Ni-CSZ?

3. Bagaimanakah pengaruh penambahan PVA dengan konsentrasi berat sebesar 2%, 6%, dan 10% terhadap struktur mikro keramik Ni-CSZ?

4. Bagaimanakah pengaruh penambahan PVA dengan konsentrasi berat sebesar 2%, 6%, dan 10% terhadap konduktivitas keramik Ni-CSZ?

(7)

Eka Herliyani, 2012

Pengaruh Penambahan Polyvinyl Alcohol (Pva) Terhadap Karakteristik Keramik Ni-Csz Untuk Diaplikasikan Sebagai Anode Pada Sofc

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

1.3 Batasan Masalah

Pada penelitian ini dilakukan pembuatan keramik Ni-CSZ dengan metode kompaksi yang disintering pada suhu 1500oC selama 2 jam dan direduksi dengan hidrogen 7% pada 900oC selama 4 jam. Pada penelitian ini penambahan konsentrasi berat PVA akan divariasikan sebesar 2%, 6%, dan 10%. Selanjutnya pelet akan dikarakterisasi densitas, struktur kristal, struktur mikro, dan konduktivitas listriknya.

Densitas diinterpretasikan dengan massa jenis pelet sebelum dan sesudah direduksi, struktur kristal diinterpretasikan dengan parameter kisi berdasarkan dari hasil XRD, struktur mikro diinterpretasikan dengan struktur mikroskopik secara visual dan dilihat dari ukuran butir pelet tersebut dilihat dari hasil SEM, sifat listriknya diinterpretasikan dengan konduktivitas listrik pelet tersebut berdasarkan hasil uji listrik.

1.4 Tujuan

Sesuai dengan rumusan masalah yang telah dikemukakan diatas, maka tujuan dari penelitian ini adalah:

1. Untuk mengetahui pengaruh penambahan konsentrasi berat sebesar PVA 2%, 6%, dan 10% terhadap densitas keramik Ni-CSZ.

(8)

Eka Herliyani, 2012

Pengaruh Penambahan Polyvinyl Alcohol (Pva) Terhadap Karakteristik Keramik Ni-Csz Untuk Diaplikasikan Sebagai Anode Pada Sofc

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

2. Untuk mengetahui pengaruh penambahan konsentrasi berat PVA sebesar 2%, 6%, dan 10% terhadap struktur kristal keramik Ni-CSZ.

3. Untuk mengetahui pengaruh penambahan konsentrasi berat PVA sebesar 2%, 6%, dan 10% terhadap struktur mikro keramik Ni-CSZ.

4. Untuk mengetahui pengaruh penambahan konsentrasi berat PVA sebesar 2%, 6%, dan 10% terhadap konduktivitas listrik keramik Ni-CSZ

1.5 Manfaat Penelitian

Hasil penelitian berupa data-data tentang pengaruh penambahan konsentrasi berat PVA terhadap densitas struktur kristal, struktur mikro, dan konduktivitas listrik keramik Ni-CSZ ini diharapkan dapat menjadi acuan bagi penelitian-penelitian yang lain, yang berkaitan dengan pembuatan keramik Ni-CSZ. Jika keramik ini memenuhi kriteria-kriteria untuk anode suatu SOFC, maka keramik ini dapat diusulkan dan dicoba untuk diaplikasikan.

1.6 Metode Penelitian

Metode penelitian yang dilakukan adalah dengan metode eksperimen.

1.7 Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Penelitian Teknologi Bahan Dasar, Pusat Teknologi Nuklir Bahan dan Radiometri (PTNBR-BATAN) Jalan Tamansari 71 Bandung 40132, dari bulan Maret 2010 hingga November 2010.

(9)

Eka Herliyani, 2012

Pengaruh Penambahan Polyvinyl Alcohol (Pva) Terhadap Karakteristik Keramik Ni-Csz Untuk Diaplikasikan Sebagai Anode Pada Sofc

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Metode Penelitian

Metode yang dilakukan pada penelitian ini adalah eksperimen. Pada penelitian ini dilakukan pembuatan keramik Ni-CSZ dengan metode kompaksi serbuk.

3.2 Lokasi Penelitian

Penelitian ini dilakukan di kelompok Fisika Bahan, Pusat Teknologi Nuklir Bahan dan Radiometri (PTNBR-BATAN) Jalan Tamansari 71 Bandung 40132.

3.3 Waktu Penelitian Penelitian dilaksanakan pada:

Tanggal : Maret 2010 – November 2010 Hari : Senin - Jumat

(10)

Eka Herliyani, 2012

Pengaruh Penambahan Polyvinyl Alcohol (Pva) Terhadap Karakteristik Keramik Ni-Csz Untuk Diaplikasikan Sebagai Anode Pada Sofc

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

3.4 Alat dan Bahan

3.4.1 Peralatan yang Digunakan

Pada penelitian ini peralatan yang digunakan adalah sebagai berikut: Untuk Preparasi Bahan Baku Serbuk

1. Penggerus

2. Neraca Digital METTLER AB 104

3. Botol bekas film atau gelas kaca yang ukurannya kecil 4. Sendok kecil

5. Mesin Penggerus Untuk Kompaksi 1. Cetakan dari baja 2. Mesin Kompaksi Untuk Sintering 1. Keramik 2. Cawan alumina 3. Oven Pemanas 4. Tungku Sinter Untuk Reduksi

(11)

Eka Herliyani, 2012

Pengaruh Penambahan Polyvinyl Alcohol (Pva) Terhadap Karakteristik Keramik Ni-Csz Untuk Diaplikasikan Sebagai Anode Pada Sofc

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

2. Tungku Reduksi

3.4.2 Bahan-Bahan yang Digunakan

Pada penelitian ini bahan-bahan yang digunakan adalah: 1. Serbuk ZrO2

2. Serbuk CaO 3. Serbuk NiO 4. PVA

(12)

Eka Herliyani, 2012

Pengaruh Penambahan Polyvinyl Alcohol (Pva) Terhadap Karakteristik Keramik Ni-Csz Untuk Diaplikasikan Sebagai Anode Pada Sofc

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

3.5 Prosedur Pembuatan Pelet Keramik Ni-CSZ

Prosedur pembuatan keramik Ni-CSZ terlihat pada Gambar (3.1).

ZrO2 85%

Penggerusan

CaO 15%

Sintering pada suhu 1500oC selama 3 jam Pengepresan dengan tekanan rendah

Penggerusan

Sintering pada suhu 1500oC selama 3 jam Pengepresan dengan tekanan rendah

Penggerusan

Campur dengan NiO

SINTESIS PEMBUATAN KERAMIK

(13)

Eka Herliyani, 2012

Pengaruh Penambahan Polyvinyl Alcohol (Pva) Terhadap Karakteristik Keramik Ni-Csz Untuk Diaplikasikan Sebagai Anode Pada Sofc

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

Gambar 3.1 Prosedur pembuatan keramik Ni-CSZ

3.5.1 Pembuatan pelet keramik CSZ

Pembuatan keramik CSZ merupakan campuran ZrO2 dan CaO. Komposisi

masing-masing senyawa tersebut dibuat dengan persentase mol sebagai berikut: 85% untuk senyawa ZrO2 dan CaO sebanyak 15% karena jika ZrO2 lebih dari

85% maka dikhawatirkan keramik akan menjadi rapuh sedangkan jika persentase mol kurang dari 85% maka keramik Ni-CZS ini tidak akan membentuk struktur kristal kubik seperti yang diharapkan konsentrasi dalam mol diubah ke % berat sebagai berikut:







2 2 85% % 100% 85% 15% xMrZrO beratZrO x xMrZrO xMrCaO 



0,85 123, 220,85 123, 22

 

0,15 56, 08



100% 92,5%

x x

 



Ditambahkan dengan PVA

6% 10%

Pengepressan 50 kg/cm2

Sintering 1500oC selama 2 jam

Reduksi 900oC H2 7% selama 5 jam Karakterisasi XRD, SEM, Uji Listrik EKSPERIMEN

(14)

Eka Herliyani, 2012

Pengaruh Penambahan Polyvinyl Alcohol (Pva) Terhadap Karakteristik Keramik Ni-Csz Untuk Diaplikasikan Sebagai Anode Pada Sofc

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

Jika jumlah total 12 gram maka zirkonia yang diperoleh adalah: 85 % ZrO2 = 85% / 100 x 12 = 11.10757 gram

Dan CaO yang diperoleh adalah

15% CaO = 15 % / 100 x 12 = 0.89243 gram

Kedua senyawa tersebut dicampur, lalu digerus pada mesin penggerus selama 3 x 10 menit. Lalu dilakukan pengepressan dengan tekanan rendah kemudian di sinter pada suhu 1500oC selama 3 jam. Setelah itu digerus kembali selama 3 x 10 menit, dipres kemudian disinter kembali pada suhu 1500oC selama 3 jam sebelum akhirnya digerus kembali dengan menggunakan mortar agate dan mesin penggerus. Pengulangan perlakuan ini diharapkan untuk menghasilkan serbuk campuran CSZ yang homogen. Kemudian campuran CSZ yang terbentuk ditambahkan dengan NiO dan PVA yang bervariasi konsentrasinya masing-masing sebesar 2%, 6%, dan 10% dimana variasi persentase konsentrasi PVA seperti ini paling tepat untuk menghasilkan porositas keramik yang spesial tetapi

(15)

Eka Herliyani, 2012

Pengaruh Penambahan Polyvinyl Alcohol (Pva) Terhadap Karakteristik Keramik Ni-Csz Untuk Diaplikasikan Sebagai Anode Pada Sofc

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

konsentrasi PVA ini bisa diekstrapolarsi jika ada penelitian lain yang mencoba

dengan persentase konsentrasi ≤ 2%, 6%, dan 10%.

3.5.2 Proses Pembuatan Ni-CSZ

Serbuk CSZ yang sudah terbentuk kemudian ditambahkan dengan NiO karena NiO tidak mudah bereaksi dengan hidrogen ketika direduksi dengan perbandingan komposisi 50%-50% perbandingan komposisi CSZ-NiO seperti ini paling tepat karena jika komposisi NiO lebih besar dari 50% maka ketika dilakukan reduksi akan semakin banyak oksigen yang hilang yang akan membuat keramik memiliki terlalu banyak porositas dan akan mengakibatkan keramik tersebut menjadi terlalu rapuh lalu ditambahkan dengan PVA yang komposisinya divariasikan. Perbandingan persen berat CSZ, NiO, dan PVA ditunjukan pada Tabel 3.1

Tabel 3.1 Perbandingan persen berat % Berat

No CSZ NiO PVA

1. 49 49 2

2. 47 47 6

3. 45 45 10

Dari perhitungan persen berat dibuat perbandingan bahan dalam 4 gram yang ditunjukan pada Tabel 3.2.

(16)

Eka Herliyani, 2012

Pengaruh Penambahan Polyvinyl Alcohol (Pva) Terhadap Karakteristik Keramik Ni-Csz Untuk Diaplikasikan Sebagai Anode Pada Sofc

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

Tabel 3.2 Perbandingan bahan dalam 4 gram % Berat

No CSZ NiO PVA

1. 1,96 1,96 0,08

2. 1,88 1,88 0,24

3. 1,80 1,80 0,40

3.5.3 Kompaksi

Setelah Semua bahan tercampur dengan komposisi yang sesuai, kemudian bahan tersebut ditimbang 0,15 gram yang selanjutnya akan dilakukan proses kompaksi dengan tekanan 50 ton/cm2 dan diameter cetakan 88 mm selama 20 detik. Hasil yang diperoleh pada tahap ini berupa pelet mentah.

(17)

Eka Herliyani, 2012

Pengaruh Penambahan Polyvinyl Alcohol (Pva) Terhadap Karakteristik Keramik Ni-Csz Untuk Diaplikasikan Sebagai Anode Pada Sofc

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

3.5.4 Pengukuran Densitas Sebelum dan Sesudah Reduksi

Pelet mentah yang sudah terbentuk kemudian diukur rapat massanya dengan mengukur massa, diameter dan tinggi pelet. Lalu setelah itu dihitung rapat massanya sebelum dan sesudah direduksi dengan menggunakan persamaan:

2 d

r



. .

v





r t

m

v





Dengan: v = volume (cm3) π = 3,14

d = diameter pelet (cm) r = jari-jari pelet (cm) t = tinggi pelet (cm) m = massa pelet (gram)

 = densitas pelet (gram/cm3)

3.5.5 Proses Sintering

Pelet mentah yang sudah terbentuk kemudian diukur rapat massanya dan dilakukan proses sintering. Sebelum dilakukan proses sintering, pelet-pelet (3.3) (3.1)

(18)

Eka Herliyani, 2012

Pengaruh Penambahan Polyvinyl Alcohol (Pva) Terhadap Karakteristik Keramik Ni-Csz Untuk Diaplikasikan Sebagai Anode Pada Sofc

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

mentah tersebut ditempatkan pada keramik dan diurutkan agar tidak tertukar satu sama lain. Kemudian dilakukan proses sintering pada suhu 1500oC selama 2 jam. Proses sintering ini terbagi menjadi 3 tahap yaitu yang pertama tahap pemanasan menuju suhu 1500oC dengan laju pemanasan 10oC/menit, lalu yang kedua merupakan proses penahanan pada suhu 1500oC selama 3 jam dan tahap yang terakhir adalah tahap penurunan suhu 10oC/menit sampai suhu ruang.

T (oC)

15000C/3 jam

100C/ menit 100C/menit

t (menit) Gambar 3.3 Grafik sintering pelet keramik ZrO2-CaO-NiO

3.5.6 Proses Reduksi

Pelet yang sudah disintering kemudian diukur kembali rapat massanya. Setelah direduksi 900oC dengan hidrogen 7% selama 5 jam. Proses reduksi juga terbagi dalam 3 tahap seperti proses sintering. Tahap pertama yaitu penaikan suhu sampai suhu 900oC, kemudain tahap penahan pada suhu 900oC selama 5 jam dan

(19)

Eka Herliyani, 2012

Pengaruh Penambahan Polyvinyl Alcohol (Pva) Terhadap Karakteristik Keramik Ni-Csz Untuk Diaplikasikan Sebagai Anode Pada Sofc

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

tahap yang terakhir adalah tahap penurunan sampai suhu ruang. Setelah dilakukan proses reduksi oksigen dalam NiO lepas dan NiO menjadi Ni. Lepasnya oksigen ini menimbulkan banyak pori sehingga gas bahan bakar dapat mengalir lebih optimal.

Gambar 3.4 Ni-CSZ yang ditambahkan PVA 2% sebelum dan sesudah direduksi

9000C/5 jam T (oC)

(20)

Eka Herliyani, 2012

Pengaruh Penambahan Polyvinyl Alcohol (Pva) Terhadap Karakteristik Keramik Ni-Csz Untuk Diaplikasikan Sebagai Anode Pada Sofc

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

t (menit) Gambar 3.5 Grafik reduksi pelet keramik ZrO2-CaO-NiO

3.6 Karakteristik keramik Ni-CSZ dengan Penambahan PVA 3.6.1 Struktur Kristal

Sampel yang sudah disinter pada suhu 1500oC dan direduksi 900oC dengan gas hidrogen 7% selanjutnya akan analisis dengan XRD menggunakan panjang

gelombang target CuK α (λ= 1,540600

A). Pengolahan data hasil karakterisasi difraksi sinar-X (XRD) dilakukan dengan cara mencocokkan sudut 2 pola difraksi yang dihasilkan keramik Ni-CSZ dengan pola difraksi calsium zirkonia oksida, Ni, dan NiO standar dari Joint Committee of Powder Diffraction Standarts (JCPDS). Lalu dapat terlihat fase yang muncul, intensitas, dan sudut hkl dari keramik tersebut. Pola difraksi dianalisis dengan cara mencari harga sinus dari sudut dimana terjadi puncak dengan intensitas yang tinggi sehingga diperoleh:

(3.4) Nilai yang mungkin untuk struktur kubik adalah 1, 2, 3, 4... Hasil bagi antara dengan adalah A. Nilai A yang paling banyak muncul

(21)

Eka Herliyani, 2012

Pengaruh Penambahan Polyvinyl Alcohol (Pva) Terhadap Karakteristik Keramik Ni-Csz Untuk Diaplikasikan Sebagai Anode Pada Sofc

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

digunakan untuk menentukan parameter kisi a = b melalui persamaan 2.9 asalkan panjang gelombang sinar-X diketahui. Setelah nilai A ditentukan, selanjutnya menghitung nilai parameter kisi. Persamaan 3.1 dapat diubah menjadi bentuk:

Dengan: A= angka yang sering muncul λ= panjang gelombang a= parameter kisi (A)

3.6.2 Struktur Mikro

Struktur mikro diamati menggunakan SEM (Scanning Mikroscope Electron) yang dilakukan di laboratorium Geologi Pusat Penelitian dan Pengembangan Geologi Kelautan (PPGL) Bandung. Proses ini dilakukan dengan menggunakan alat JEOL JSM-6360LA dan pemotretan struktur mikro sampel dengan pembesaran 2500 kali. SEM merupakan suatu jenis mikroskop yang menggunakan berkas elektron yang dapat digunakan untuk mengkarakteristik suatu bahan yang mampu menghasilkan perbesaran dengan resolusi tinggi yang digunakan untuk melihat benda berukuran nano. Karakteristik SEM dapat digunakan untuk mengetahui struktur mikro suatu bahan diantaranya adalah

(22)

Eka Herliyani, 2012

Pengaruh Penambahan Polyvinyl Alcohol (Pva) Terhadap Karakteristik Keramik Ni-Csz Untuk Diaplikasikan Sebagai Anode Pada Sofc

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

porositas dan ukuran butirnya. Pengolahan data karakterisasi SEM untuk menentukan ukuran butir rata-rata keramik dilakukan dengan metode garis Heyn

(3.6)

Dengan: = Rata-rata diameter n = Jumlah garis uji l = Panjang garis uji

v = Perbesaran foto

PK = Jumlah batas butir yang terpotong

Langkah pertama membuat beberapa garis uji dengan cara menarik garis melintang pada foto hasil SEM dengan jarak antargaris yang sama. Setelah itu, membuat garis potong yang memotong setiap butir yang dilalui garis uji. Garis uji yang dibuat diukur panjangnya. Panjang garis uji, jumlah garis uji, jumlah garis potong dan pembesaran foto disubstitusikan ke persamaan 3.6 sehingga diperoleh ukuran butir rata-rata.

3.6.3 Sifat Listrik

Karakteristik sifat listrik yang ingin diketahui dalam penelitian ini adalah konduktivitas listrik keramik Ni-CSZ. Keramik Ni-CSZ dilapisi perak terlebih dahulu lalu diberi kontak logam dengan perak dan dipanaskan pada suhu 400oC selama 2 menit dan diukur hambatan listriknya.

(23)

Eka Herliyani, 2012

Pengaruh Penambahan Polyvinyl Alcohol (Pva) Terhadap Karakteristik Keramik Ni-Csz Untuk Diaplikasikan Sebagai Anode Pada Sofc

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

Setelah melakukan pengukuran diperoleh keluaran arus listrik terhadap perubahan beda potensial. Dengan menggunakan persamaan hukum Ohm kita bisa mengetahui resistansinya, yaitu:

I V R

Dengan V = beda potensial (volt)

I = Arus Listrik (Ampere) R = resistansi (Ohm)

Setelah nilai resistansi diperoleh, harga resistivitas dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan:

A l R 

l AR 



Dengan: A: Luas Penampang (cm2) l: panjang bahan (cm) ρ: Resistivitas bahan (Ω.cm)

Setelah nilai resistivitas diperoleh maka nilai konduktivitas listrik dapat diperoleh dengan menggunakan rumus:

(3.7)

(3.8)

(3.9)

(24)

Eka Herliyani, 2012

Pengaruh Penambahan Polyvinyl Alcohol (Pva) Terhadap Karakteristik Keramik Ni-Csz Untuk Diaplikasikan Sebagai Anode Pada Sofc

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu



  1

(25)

Eka Herliyani, 2012

Pengaruh Penambahan Polyvinyl Alcohol (Pva) Terhadap Karakteristik Keramik Ni-Csz Untuk Diaplikasikan Sebagai Anode Pada Sofc

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil kajian yang telah dilakukan terhadap penelitian penambahan variasi komposisi PVA terhadap karakteristik dari keramik Ni-CSZ untuk diaplikasikan sebagai anode pada SOFC, maka dapat disimpulkan bahwa:

1. Semakin besar konsentrasi PVA yang ditambahkan maka harga densitas keramik Ni-CSZ semakin kecil.

2. Keramik Ni-CSZ memiliki nilai parameter kisi yang sama, baik sebelum maupun sesudah dilakukan proses reduksi dan fase CSZ pada keramik Ni-CSZ ini memiliki struktur kristal kubik.

3. PVA hanya berpengaruh pada porositas sedangkan terhadap ukuran butir tidak terlalu terlihat pengaruhnya.

4. Semakin besar konsentrasi PVA yang ditambahkan maka akan mempebesar nilai hambatan keramik sehingga harga konduktivitasnya semakin kecil dan sesuai dengan literatur.

5.2 Saran

Berdasarkan penelitian ini, penulis menyarankan untuk memberikan hidrogen lebih besar dari 7% dengan waktu yang lebih lama dari 5 jam agar reduksi dapat terjadi lebih optimal sehingga fase NiO sudah tidak ada lagi setelah dilakukan reduksi.

(26)

Eka Herliyani, 2012

Pengaruh Penambahan Polyvinyl Alcohol (Pva) Terhadap Karakteristik Keramik Ni-Csz Untuk Diaplikasikan Sebagai Anode Pada Sofc

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

DAFTAR PUSTAKA

Anonim.(2008). BSD.just another blog. Fuel Cell. Tersedia:

http://basuki1.ganeca.net/index.php?option=com_conten&task=view&id= 45&Itemid=13. [22 Maret 2012].

Anonim.(2011). Pengecoran. Tersedia: http://id.wikipedia.org/wiki/pengecoran. [3 Juni 2012].

Anonim.(2012). Polyvinyl Alcohol. Tersedia:

http://en.wikipedia.org/wiki/polyvinyl_alcohol. [3 Juni 2012].

Anonim.(2012). Sintesis Senyawa Zirconia Oksida (ZrO2). Tersedia:

http://www.scribd.com/doc/28850526/sintesis-ZrO2

-dan-aplikasi-di-kehidupan. [3 Juni 2012].

Anonim.(2012). Solid Oxide Fuel Cell. Tersedia:

http://en.wikipedia.org/wiki/solid_oxide_fuel_cell. [22 Maret 2012].

Anonim.(2012). Solution to Homework Assignment Phase Diagrams. Tersedia:

http://fog.ccsf.cc.us/wkufmyn/ENGN45/ENGN45_Online_Homework/og_ Homework_PhaseDiagrams_SOLUTION.htm. [4 Juni 2012].

Barsoum, Michel. (1997). Fundamental of Ceramics. Library of Congress in Publication Data: Singapore

Beiser, A. (1999). Konsep Fisika Modern. Erlangga : Jakarta

Changrong He,(2008). The mechanical and electrical properties of Ni/YSZ anode support for solid oxid fuel cell.

Cook, Brian. (2001). An Introduction to Fuel Cell and Hydrogen Technology. Canada.

De Guire, Eileen J. (2003). Solid Oxid Fuel Cell. Tersedia:

http://www.csa.com/discoveryguides/fuelcell/overview.php. [17 Maret 2012].

Gustaman, Dani. (2009). Private of Comunication. PTNBR BATAN: Bandung. Handayani, Sri. (2008). Membran elektrolit berbasis polieter-eter keton

tersulfonasi untuk direct methanol fuel cell suhu tinggi. Skripsi Universitas Indonesia (UI) Jakarta: tidak diterbitkan.

(27)

Eka Herliyani, 2012

Pengaruh Penambahan Polyvinyl Alcohol (Pva) Terhadap Karakteristik Keramik Ni-Csz Untuk Diaplikasikan Sebagai Anode Pada Sofc

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

Herhady, R.Didiek, R.Sukarsono. (2007). Pengaruh suhu dan waktu sintering terhadap kualitas bahan bakar kernel UO2 dalam Furnace jenis Fluidized

Bed. ISSN: 0854-2910: Jakarta.

Ilham, Kurniawan Osa. 2010. Serial Otak Indonesia (7): Fuel Cell ala Indonesia.

http://teknologi.kompasiana.com/terapan/2010/01/12/serial-otak-indonesia-6-fuel-cell-ala-indonesia.

Matula, G, T. Jardiel, R. Jimenez, B. Levenfeld, A.Varez. (2008). Microstructure, mechanical and electrical properties of Ni-YSZ anode supported solid oxide fuel cells. Volume 32. Pages 21-25. Archives of Materials Sciences and Engineering. Madrid, Spanyol.

Rusianto, Toto. (2009). Hot Pressing Metalurgi Serbuk Aluminum dengan Variasi Suhu Pemanasan. Volume 2. Pages 89-95.

Smallman, R. E., Bishop, R. J. (2000). “Metalurgi Fisik Modern & Rekayasa Material” Erlangga: Jakarta.

(1)

Eka Herliyani, 2012

Pengaruh Penambahan Polyvinyl Alcohol (Pva) Terhadap Karakteristik Keramik Ni-Csz Untuk Diaplikasikan Sebagai Anode Pada Sofc

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

porositas dan ukuran butirnya. Pengolahan data karakterisasi SEM untuk menentukan ukuran butir rata-rata keramik dilakukan dengan metode garis Heyn

(3.6)

Dengan: = Rata-rata diameter n = Jumlah garis uji l = Panjang garis uji

v = Perbesaran foto

PK = Jumlah batas butir yang terpotong

3.6.3 Sifat Listrik

(2)

Eka Herliyani, 2012

Pengaruh Penambahan Polyvinyl Alcohol (Pva) Terhadap Karakteristik Keramik Ni-Csz Untuk Diaplikasikan Sebagai Anode Pada Sofc

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

Setelah melakukan pengukuran diperoleh keluaran arus listrik terhadap perubahan beda potensial. Dengan menggunakan persamaan hukum Ohm kita bisa mengetahui resistansinya, yaitu:

I V R

Dengan V = beda potensial (volt)

I = Arus Listrik (Ampere) R = resistansi (Ohm)

Setelah nilai resistansi diperoleh, harga resistivitas dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan:

A l R 

l AR  

Dengan: A: Luas Penampang (cm2) l: panjang bahan (cm) ρ: Resistivitas bahan (Ω.cm)

Setelah nilai resistivitas diperoleh maka nilai konduktivitas listrik dapat diperoleh dengan menggunakan rumus:

(3.7)

(3.8)

(3.9)

(3)

Eka Herliyani, 2012

Pengaruh Penambahan Polyvinyl Alcohol (Pva) Terhadap Karakteristik Keramik Ni-Csz Untuk Diaplikasikan Sebagai Anode Pada Sofc

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu 

  1

(4)

Eka Herliyani, 2012

Pengaruh Penambahan Polyvinyl Alcohol (Pva) Terhadap Karakteristik Keramik Ni-Csz Untuk Diaplikasikan Sebagai Anode Pada Sofc

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan

1. Semakin besar konsentrasi PVA yang ditambahkan maka harga densitas keramik Ni-CSZ semakin kecil.

2. Keramik Ni-CSZ memiliki nilai parameter kisi yang sama, baik sebelum maupun sesudah dilakukan proses reduksi dan fase CSZ pada keramik Ni-CSZ ini memiliki struktur kristal kubik.

3. PVA hanya berpengaruh pada porositas sedangkan terhadap ukuran butir tidak terlalu terlihat pengaruhnya.

4. Semakin besar konsentrasi PVA yang ditambahkan maka akan mempebesar nilai hambatan keramik sehingga harga konduktivitasnya semakin kecil dan sesuai dengan literatur.

5.2 Saran

(5)

Eka Herliyani, 2012

Pengaruh Penambahan Polyvinyl Alcohol (Pva) Terhadap Karakteristik Keramik Ni-Csz Untuk Diaplikasikan Sebagai Anode Pada Sofc

Universitas Pendidikan Indonesia | repository.upi.edu

DAFTAR PUSTAKA

Anonim.(2008). BSD.just another blog. Fuel Cell. Tersedia:

http://basuki1.ganeca.net/index.php?option=com_conten&task=view&id= 45&Itemid=13. [22 Maret 2012].

Anonim.(2011). Pengecoran. Tersedia: http://id.wikipedia.org/wiki/pengecoran. [3 Juni 2012].

Anonim.(2012). Polyvinyl Alcohol. Tersedia:

http://en.wikipedia.org/wiki/polyvinyl_alcohol. [3 Juni 2012].

Anonim.(2012). Sintesis Senyawa Zirconia Oksida (ZrO2). Tersedia:

http://www.scribd.com/doc/28850526/sintesis-ZrO2

-dan-aplikasi-di-kehidupan. [3 Juni 2012].

Anonim.(2012). Solid Oxide Fuel Cell. Tersedia:

http://en.wikipedia.org/wiki/solid_oxide_fuel_cell. [22 Maret 2012]. Anonim.(2012). Solution to Homework Assignment Phase Diagrams. Tersedia:

http://fog.ccsf.cc.us/wkufmyn/ENGN45/ENGN45_Online_Homework/og_

Homework_PhaseDiagrams_SOLUTION.htm. [4 Juni 2012].